CN104713530A - 运动物体空间坐标信息探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动物体空间坐标信息探测方法，包括设置凸起标志，设置2D激光位移传感器，定位2D激光位移传感器，2D激光位移传感器采集数据和确定运动位移等步骤：本发明可以探测运动的平面或弧面物体上特征点的三维空间坐标信息，探测精度高，采样频率快，信息计算量小，尤其在探测弧面物体时可以避免圆弧面造成的探测误差，有利于提高探测的精确性与实时性。

Description

运动物体空间坐标信息探测方法
技术领域
本发明属于信号探测技术领域，特别是一种运动物体空间坐标信息探测方法。
背景技术
当物体在空间中做沿三个方向的平动时，要实时探测被测物体特征点在空间中的三维坐标信息，若采用摄像头视觉定位，则至少需要使用两个摄像头来组成立体视觉探测系统，但是立体视觉的视场大小与其目标定位精度之间难以平衡，而且控制器需要进行大量的图像数据处理，从而导致系统采样频率低，不利于探测的实时性，同时，若被测物体表面为圆弧面，则圆弧面会对摄像头视觉定位造成干扰，产生较大误差。
由两个2D激光位移传感器构成的运动物体空间坐标信息探测装置可解决上述问题，首先，2D激光位移传感器可以测得被测物体表面任一点的二维坐标信息，被测物体的圆弧面不会对其产生影响，其探测精度高；其次，2D激光位移传感器的采样频率最高可达10K，所测得的坐标信息以数字信号的形式与主控制器通信，无需通过复杂的信息处理，有利于提高信号探测的实时性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种探测精度高、采样频率快、实时性好的运动物体空间坐标信息探测方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种运动物体空间坐标信息探测方法，包括以下步骤：
步骤一：被测物体的表面为平面或弧面，要探测的特征点位于被测物体的表面，在被测物体的表面设置两个凸起标志，其中一个凸起标志呈竖直方向，为竖直凸起标志，另一个凸起标志呈水平方向，为水平凸起标志，两凸起标志相互垂直，且竖直凸起标志的延长线穿过特征点；
步骤二：在两凸起标志相对应的位置分别设置有2D激光位移传感器，两2D激光位移传感器的位置固定，初始状态下，两2D激光位移传感器的激光扇面垂直于相应的凸起标志，两2D激光位移传感器的视场中心线穿过相应的凸起标志，两2D激光位移传感器与相应的凸起标志的安装距离为d，且两2D激光位移传感器的连线平行于竖直凸起标志；
步骤三：被测物体能做沿三个方向的平动，其运动范围在2D激光位移传感器的探测范围内，并保证被测物体在运动过程中，两凸起标志与相应的2D激光位移传感器的激光扇面存在交点；
步骤四：被测物体在运动过程中，竖直凸起标志与相对应的2D激光位移传感器的激光扇面交点为A，A到视场中心线的距离为x1，A到2D激光位移传感器的距离为y1；水平凸起标志与相对应的2D激光位移传感器的激光扇面交点为B，B到视场中心线的距离为x2，B到2D激光位移传感器的距离为y2；
步骤五：设初始状态下，被测物体的特征点的空间坐标为(0，0，0)，则被测物体在运动过程中，其特征点的空间坐标为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
本发明运动物体空间坐标信息探测方法可以探测运动的平面或弧面物体上特征点的三维空间坐标信息，探测精度高，采样频率快，信息计算量小，尤其在探测弧面物体时可以避免圆弧面造成的探测误差，有利于提高探测的精确性与实时性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明的2D激光位移传感器示意图。
图2是本发明的探测原理示意图。
具体实施方式
结合图1和图2：
本发明一种运动物体空间坐标信息探测方法，包括以下步骤：
步骤一：被测物体1的表面为平面或弧面，要探测的特征点2位于被测物体1的表面，在被测物体1的表面设置两个凸起标志，其中一个凸起标志呈竖直方向，为竖直凸起标志3，另一个凸起标志呈水平方向，为水平凸起标志4，两凸起标志相互垂直，且竖直凸起标志3的延长线穿过特征点2；
步骤二：在两凸起标志相对应的位置分别设置有2D激光位移传感器5，两2D激光位移传感器5的位置固定，初始状态下，两2D激光位移传感器5的激光扇面6垂直于相应的凸起标志，两2D激光位移传感器5的视场中心线7穿过相应的凸起标志，两2D激光位移传感器5与相应的凸起标志的安装距离为d，且两2D激光位移传感器5的连线平行于竖直凸起标志3；
步骤三：被测物体1能做沿三个方向的平动，其运动范围在2D激光位移传感器5的探测范围内，并保证被测物体1在运动过程中，两凸起标志与相应的2D激光位移传感器5的激光扇面6存在交点；
步骤四：被测物体1在运动过程中，竖直凸起标志3与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为A，A到视场中心线7的距离为x1，A到2D激光位移传感器5的距离为y1；水平凸起标志4与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为B，B到视场中心线7的距离为x2，B到2D激光位移传感器5的距离为y2；
步骤五：设初始状态下，被测物体1的特征点2的空间坐标为0，0，0，则被测物体1在运动过程中，其特征点2的空间坐标为x1，y1+y2/2-d，x2。
步骤四中采集数据时，设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器5所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器5的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器5的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为xmin+xmax/2；将xmax-xmin与b进行比较，若xmax-xmin与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若xmax-xmin与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标。
竖直凸起标志3和水平凸起标志4分布于被测物体1的特征点2的上下两侧。
实施例：
结合图1和图2：
一种运动物体空间坐标信息探测方法，包括以下步骤：
步骤一：被测物体1的表面为平面或弧面，要探测的特征点2位于被测物体1的表面，在被测物体1的表面设置两个凸起标志，其中一个凸起标志呈竖直方向，为竖直凸起标志3，另一个凸起标志呈水平方向，为水平凸起标志4，两凸起标志相互垂直，且竖直凸起标志3的延长线穿过特征点2；
步骤二：在两凸起标志相对应的位置分别设置有两2D激光位移传感器5，两2D激光位移传感器5的位置固定，初始状态下，两2D激光位移传感器5的激光扇面6垂直于相应的凸起标志，两2D激光位移传感器5的视场中心线7穿过相应的凸起标志，两2D激光位移传感器5与相应的凸起标志的安装距离为d，且两2D激光位移传感器5的连线平行于竖直凸起标志3；
步骤三：被测物体1能做沿三个方向的平动，其运动范围在2D激光位移传感器5的探测范围内，并保证被测物体1在运动过程中，两凸起标志与相应的2D激光位移传感器5的激光扇面6存在交点；
步骤四：被测物体1在运动过程中，竖直凸起标志3与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为A，A到视场中心线7的距离为x1，A到2D激光位移传感器5的距离为y1；水平凸起标志4与相对应的2D激光位移传感器5的激光扇面6交点为B，B到视场中心线7的距离为x2，B到2D激光位移传感器5的距离为y2；
步骤五：设初始状态下，被测物体1的特征点2的空间坐标为(0，0，0)，则被测物体1在运动过程中，其特征点2的空间坐标为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)。
本发明的2D激光位移传感器工作原理如下：
如图1所示，2D激光位移传感器5所发射出的激光呈一个扇面，激光扇面6射到被测物体1上后与被测物体1相交产生一条交线，激光交线8由若干激光数据点组成。2D激光位移传感器5可测出被测物体1在激光交线8上的任一被测点9到传感器的纵向距离y，以及到视场中心线7的横向距离x。
为了将被测物体1的特征点2与其它的点区分开，需要在被测物体1的表面添加两凸起标志。设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器5所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器5的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器5的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为(xmin+xmax)/2；将(xmax-xmin)与b进行比较，若(xmax-xmin)与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若(xmax-xmin)与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标，通过(xmax-xmin)与b的比较可以排除由外界环境影响所产生的干扰点，提高2D激光位移传感器5的抗干扰性。
本装置的探测过程如下：
设初始状态下，被测物体1的特征点2的空间坐标为(0，0，0)。
如图2所示，被测物体1沿横向(左右)、纵向(前后)运动后，竖直凸起标志3与激光扇面6相交于A点，2D激光位移传感器5可测出A点到视场中心线7的距离x1、到传感器的距离y1。由于2D激光位移传感器5与竖直凸起标志3的初始安装距离为d，则运动后被测物体1的特征点2在空间坐标系中的横、纵坐标为(x1，y1-d)；被测物体1沿纵向(前后)、轴向(上下)运动后，水平凸起标志4与激光扇面6相交于B点，2D激光位移传感器5可测出B点到视场中心线7的距离x2、到传感器的距离y2。由于2D激光位移传感器5与水平凸起标志4的初始安装距离为d，则运动后被测物体1的特征点2在空间坐标系中的纵、轴坐标为(y2-d，x2)。
因此，被测物体1在运动过程中，所探测的特征点2的空间坐标为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)。
本发明实现了运动物体空间坐标信息的探测，可以探测运动的平面或弧面物体上特征点的三维空间坐标信息，探测精度高，采样频率快，信息计算量小，尤其在探测弧面物体时可以避免圆弧面造成的探测误差，有利于提高探测的精确性与实时性。

Claims (3)

1.一种运动物体空间坐标信息探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：被测物体(1)的表面为平面或弧面，要探测的特征点(2)位于被测物体(1)的表面，在被测物体(1)的表面设置两个凸起标志，其中一个凸起标志呈竖直方向，为竖直凸起标志(3)，另一个凸起标志呈水平方向，为水平凸起标志(4)，两凸起标志相互垂直，且竖直凸起标志(3)的延长线穿过特征点(2)；
步骤二：在两凸起标志相对应的位置分别设置有2D激光位移传感器(5)，两2D激光位移传感器(5)的位置固定，初始状态下，两2D激光位移传感器(5)的激光扇面(6)垂直于相应的凸起标志，两2D激光位移传感器(5)的视场中心线(7)穿过相应的凸起标志，两2D激光位移传感器(5)与相应的凸起标志的安装距离为d，且两2D激光位移传感器(5)的连线平行于竖直凸起标志(3)；
步骤三：被测物体(1)能做沿三个方向的平动，其运动范围在2D激光位移传感器(5)的探测范围内，并保证被测物体(1)在运动过程中，两凸起标志与相应的2D激光位移传感器(5)的激光扇面(6)存在交点；
步骤四：被测物体(1)在运动过程中，竖直凸起标志(3)与相对应的2D激光位移传感器(5)的激光扇面(6)交点为A，A到视场中心线(7)的距离为x1，A到2D激光位移传感器(5)的距离为y1；水平凸起标志(4)与相对应的2D激光位移传感器(5)的激光扇面(6)交点为B，B到视场中心线(7)的距离为x2，B到2D激光位移传感器(5)的距离为y2；
步骤五：设初始状态下，被测物体(1)的特征点(2)的空间坐标为(0，0，0)，则被测物体(1)在运动过程中，其特征点(2)的空间坐标为(x1，(y1+y2)/2-d，x2)。
2.根据权利要求1所述的运动物体空间坐标信息探测方法，其特征在于：所述的步骤四中采集数据时，设凸起标志的高为h、宽为b，由于凸起标志有宽度，则2D激光位移传感器(5)所测得的凸起标志的到2D激光位移传感器(5)的距离y所对应的凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的距离x的集合，集合中最小值为xmin、最大值为xmax，则箭体凸起标志到2D激光位移传感器(5)的距离的实际y0为y+h，凸起标志在激光扇面上的点到视场中心线的实际距离x0为(xmin+xmax)/2；将(xmax-xmin)与b进行比较，若(xmax-xmin)与b相等，则说明所测数据为箭体凸起标志坐标；若(xmax-xmin)与b不相等，则说明所测数据为干扰点坐标。
3.根据权利要求1所述的运动物体空间坐标信息探测方法，其特征在于：所述的竖直凸起标志(3)和水平凸起标志(4)分布于被测物体(1)的特征点(2)的上下两侧。
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